I PRACOWNIA FIZYCZNA
ĆWICZENIE: 60
Wyznaczanie charakterystyk fotoelementów.
Goncerz Rafał
WSTĘP TEORETYCZNY
Budowa i zasada działania:
FOTOREZYSTORA
Fotorezystory to bezzłączowe przyrządy półprzewodnikowe, których rezystancja zależy od natężenia oświetlenia - wykorzystanie zjawiska fotoelektrycznego wewnętrznego. Fotorezystor zachowuje się jak zwykły rezystor, tzn. wartość jego rezystancji nie zależy od wartości ani kierunku doprowadzonego napięcia. Przy średnich natężeniach oświetlenia obowiązuje związek R~E-γ; gdzie γ jest stałą o wartości między 0,5 … 1.
Przy większych natężeniach oświetlenia rezystancja dąży do pewnej wartości minimalnej zwanej rezystancją jasną. Przy małych natężeniach oświetlenia wartość γ zwiększa się, a przy bardzo małych natężeniach oświetlenia rezystancja dąży do wartości rezystancji ciemnej. Stosunek rezystancji jasnej do ciemnej fotorezystora może przekraczać 106. Przy małym natężeniu oświetlenia rezystancja silnie zależy od temperatury.
Fotorezystory cechuje bardzo duża czułość, którą porównać można tylko z czułością fotopowielaczy. Dlatego też nadają się do pomiarów małych natężeń oświetlenia. Mogą być również wykorzystywane jako sterowane rezystancje. Ponieważ ich obciążalność może sięgać nawet kilku watów, umożliwiają one - bez dodatkowego wzmocnienia - np. bezpośrednie sterowanie przekaźników.
FOTODIODY
ostrzowa
warstwowa
Charakterystyczną cechą fotodiody jest przepływ zwarciowego prądu wstecznego, który jest proporcjonalny do natężenia oświetlenia. Zjawisko to wykorzystywane jest do pomiarów fotometrycznych - do tego celu fotodiody wyposażone są w szklane okna w obudowie. Fotodiody mają znacznie krótszy czas zadziałania niż fotorezystory. Ich częstotliwość graniczna wynosi ok. 10 MHz. Ze względu na mały prąd fotoelektryczny fotodiody wymagają z reguły współpracy ze wzmacniaczem.
FOTOTRANZYSTOR WARSTWOWY
Fototranzystor jest tranzystorem, którego złącze kolektor - baza wykonane jest jako fotodioda. Fototranzystory bez wyprowadzonego zacisku bazy nazywane są podwójnymi fotodiodami.
FOTOOGNIWO
Fotoogniwo działa w oparciu o zjawisko fotoelektromotoryczne - polega ono na pojawianiu się siły elektromotorycznej pomiędzy półprzewodnikiem a przewodnikiem oddzielonymi warstwą zaporową. Warstwa zaporowa może być umieszczona z tyłu lub z przodu półprzewodnika. Ogniwo fotoelektryczne można rozpatrywać jako generator wytwarzający prąd stały pod wpływem strumienia świetlnego.
WYNIKI POMIARÓW
OPRACOWANIE WYNIKOW
Fototranzystor
Wykreślam wykres rodziny charakterystyk prądowo - napięciowych /I = f ( U ) - Wykres 1
Obliczam wartości / r ^-2 / oraz / d r ^-2 / dla każdej wartości / r /.
r [m] |
r ^-2 |
wart.błędu d r ^-2 |
1 |
1 |
0,005 |
0,9 |
1,235 |
0,005555 |
0,8 |
1,563 |
0,00625 |
0,7 |
2,041 |
0,007143 |
0,6 |
2,778 |
0,008333 |
0,5 |
4 |
0,01 |
0,4 |
6,25 |
0,0125 |
0,3 |
9,183 |
0,016667 |
0,2 |
25 |
0,025 |
0,1 |
100 |
0,05 |
Następnie wykreślam zależność fotoprądu / I = f ( r ^-2 ) / - Wykres 2
Fototranzystor
Wykreślam rodzinę charakterystyk prądowo - napięciowych / I =f ( U ) / - Wykres 3
Obliczam wartości / r ^-2 / oraz / d r ^-2 / dla każdej wartości / r /.
r [m] |
r ^-2 |
wart.błędu d r^-2 |
0,3 |
11,1111 |
0,00045 |
0,4 |
6,25 |
0,0008 |
0,5 |
4 |
0,00125 |
0,6 |
2,7778 |
0,0018 |
0,7 |
2,0408 |
0,00245 |
0,8 |
1,5625 |
0,0032 |
0,9 |
1,2346 |
0,00405 |
1 |
1 |
0,005 |
Następnie wykreślam zależność fotoprądu / I = f ( r ^-2 ) / - Wykres 4
Fotoogniwo
Obliczam wartości / r ^-2 / oraz / d r ^-2 / dla każdej wartości / r /.
r [cm] |
r^-2 [m^-2] |
błąd d r^-2 |
r [cm] |
r^-2 [m^-2] |
błąd d r^-2 |
4 |
625 |
0,125 |
28 |
12,755 |
0,0179 |
6 |
277,778 |
0,0833 |
30 |
11,111 |
0,0167 |
7 |
204,082 |
0,0714 |
32 |
9,766 |
0,0156 |
8 |
156,25 |
0,0625 |
34 |
8,651 |
0,0147 |
9 |
123,457 |
0,0555 |
36 |
7,716 |
0,0139 |
10 |
100 |
0,05 |
38 |
6,925 |
0,0132 |
11 |
82,645 |
0,0455 |
40 |
6,25 |
0,0125 |
12 |
69,444 |
0,0417 |
45 |
4,938 |
0,0111 |
13 |
59,172 |
0,0385 |
50 |
4 |
0,01 |
14 |
51,02 |
0,0357 |
55 |
3,306 |
0,0091 |
15 |
44,444 |
0,0333 |
60 |
2,778 |
0,0083 |
16 |
39,0625 |
0,03125 |
65 |
2,367 |
0,0077 |
17 |
34,602 |
0,0294 |
70 |
2,041 |
0,0071 |
18 |
30,864 |
0,0278 |
75 |
1,778 |
0,0067 |
19 |
27,701 |
0,0263 |
80 |
1,5625 |
0,00625 |
20 |
25 |
0,025 |
85 |
1,384 |
0,0059 |
22 |
20,661 |
0,0227 |
90 |
1,235 |
0,0056 |
24 |
17,361 |
0,0208 |
95 |
1,108 |
0,0053 |
26 |
14,793 |
0,0192 |
100 |
1 |
0,005 |
Wykreślam następnie zależność / I = f ( r ^-2 ) / - Wykres 5
Stwierdzam na podstawie otrzymanych wykresów, że charakterystyki fotoelementów cechuje liniowość części krzywych. Trudność z określeniem dokładnego zakresu liniowości wynika z tego , że jest taka a nie inna skala osi wykresów. że dokładność przyrządów była niezbyt duża. Na dokładność pomiarów również miała wpływ niedokładność oka ludzkiego podczas odczytywania wartości z mierników (błąd paralaksy), oraz dokładność samych przyrządów.
Wyszukiwarka